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工业互联网：系统建模、架构、通信与网络 9787111770756 (德)扎比娜·耶施克(Sabina Jeschke) 等主编张晋东,刘佳轩,张坤鹏译机械工业出版社

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作者: (德)扎比娜·耶施克(Sabina Jeschke) 等主编张晋东,刘佳轩,张坤鹏译
出版社: 机械工业出版社
ISBN: 9787111770756

出版时间: 2026-09
装帧: 平装
开本: 16开

作者: (德)扎比娜·耶施克(Sabina Jeschke) 等主编张晋东,刘佳轩,张坤鹏译
出版社: 机械工业出版社

ISBN: 9787111770756
出版时间: 2026-09

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计算机与互联网

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1599787111770756

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作者简介
扎比娜·耶施克，亚琛工业大学教授

目录
序
第一部分　简介与概述
第１章　工业互联网和网络制造系统2
1.1　概述2
1.2　工业互联网和网络制造系统基础3
1.3　机遇和挑战5
1.4　主要研究方案7
1.5　方法与解决方案8
1.5.1　CPS和CMS建模8
1.5.2　CMS和IIoT的架构设计模式9
1.5.3　通信与网络10
1.5.4　人工智能与分析10
1.5.5　劳动力的演变与人机交互11
1.6　展望：走向自动化网络制造系统12
参考文献13
第2章　工业信息物理系统的信息映射15
2.1　概述15
2.2　工业信息物理系统的基础16
2.2.1　信息物理系统的技术层面16
2.2.2　信息物理系统的人文层面17
2.2.3　信息物理系统的组织层面17
2.3　对于工业信息物理系统潜在的改进方案19
2.3.1　自动化21
2.3.2　自主化21
2.3.3　人机交互22
2.3.4　分治化22
2.3.5　过程校准数字化23
2.3.6　大数据23
2.3.7　信息安全24
2.3.8　知识管理24
2.3.9　限定条件24
2.4　制定工业信息物理系统的应用映射25
2.4.1　智能工厂25
2.4.2　工业智能数据26
2.4.3　工业智能服务27
2.4.4　智能产品28
2.4.5　产品相关的智能数据29
2.4.6　产品相关的智能服务29
2.4.7　应用映射的使用29
2.5　总结和展望31
参考文献32
第3章　网络物理电子生产34
3.1　现代电子生产的趋势与要求34
3.1.1　小型化和功能集成34
3.1.2　灵活性和复杂性35
3.1.3　物流和生产理念37
3.2　支持电子CPS技术40
3.2.1　传感器集成、打印技术和通信40
3.2.2　软件系统42
3.2.3　自主和智能单件流46
3.3　网络物理电子生产系统的概念50
3.3.1　自学电子生产线50
3.3.2　辅助系统52
3.3.3　集成网络物理电子生产54
参考文献55
第4章　用于制造的信息物理系统工程58
4.1　概述58
4.2　信息物理系统58
4.3　系统工程59
4.4　制造创新60
4.5　NIST的智能制造系统计划61
4.6　智能制造系统设计与分析61
4.6.1　制造系统分析的建模方法62
4.6.2　制造系统预测分析63
4.6.3　智能制造的性能测量64
4.6.4　基于服务的制造和服务构成65
4.7　智能制造运营规划和控制67
4.7.1　用于智能制造的数字线程67
4.7.2　智能制造操作的系统分析集成70
4.7.3　工业环境无线系统71
4.7.4　智能制造系统的网络安全72
4.7.5　预测、运行状况管理与控制74
4.7.6　智能制造系统测试台75
4.8　总结76
参考文献77
第5章　信息物理系统监控控制器的基于模型的工程81
5.1　概述81
5.1.1　基于模型的系统工程81
5.1.2　本章的结构83
5.2　协调控制的综合发展83
5.3　AGV系统的描述85
5.3.1　多驱动器的组件86
5.3.2　组件的交互87
5.4　不受控制的系统的混合模型87
5.4.1　多驱动器高级模式和运动89
5.4.2　驱动电机89
5.4.3　转向电机90
5.4.4　行驶控制90
5.4.5　电池传感器90
5.4.6　接近传感器91
5.4.7　保险杠开关91
5.4.8　LED和按钮91
5.4.9　抽象形式混合自动机到离散事件模型91
5.5　系统要求92
5.5.1　紧急和错误处理92
5.5.2　LED驱动93
5.5.3　电机驱动93
5.5.4　按钮处理94
5.5.5　接近传感器和行驶控制处理94
5.6　监控控制器的合成96
5.7　基于模拟的可视化97
5.8　总结98
参考文献99
第6章　基于SystemC网络组件的形式验证101
6.1　概述101
6.2　相关工作102
6.3　预备知识103
6.3.1　边界模型检查与归纳103
6.3.2　SystemC基础104
6.4　TLM属性检查105
6.4.1　SystemC内核的简化模型106
6.4.2　模型生成109
6.4.3　属性语言和监视器生成112
6.4.4　基于BMC的验证113
6.5　基于归纳法的TLM性能检查115
6.6　实验117
6.6.1　基于BMC的验证118
6.6.2　基于归纳法的验证120
6.6.3　实验结果总结123
6.7　总结123
参考文献123
第7章　网络物理生产系统评价模型126
7.1　概述126
7.1.1　动机126
7.1.2　第一次增值分析128
7.1.3　最新技术130
7.2　方法132
7.3　信息物理系统的能力133
7.3.1　获取和处理数据和信息的能力135
7.3.2　高质量人工智能分析能力136
7.4　高级能力138
7.4.1　“工业4.0”部分138
7.4.2　人工智能138
7.5　绩效指标140
7.5.1　确定的绩效指标141
7.5.2　总体系统架构的性能指标141
7.5.3　生产经营绩效指标142
7.5.4　生产系统变更绩效指标143
7.6　网络支持绩效指标143
7.6.1　社会互动143
7.6.2　决策支持144
7.6.3　其他特性：可用性144
7.7　绩效指标与能力的关系144
7.8　验证145
7.9　结论146
7.10　进一步工作147
参考文献147
第8章　基于CPS的工业4.0应用语义对象存储和
服务编排制造150
8.1　概述150
8.2　用例151
8.2.1　用例1：协调生产154
8.2.2　用例2：自动化维护154
8.2.3　用例3：优先级管理155
8.3　相关工作155
8.3.1　语义技术156
8.3.2　硬件要求157
8.3.3　M2M通信157
8.3.4　数字对象表示158
8.3.5　结论159
8.4　数字对象存储器160
8.4.1　数据模型161
8.4.2　存储基础设施162
8.4.3　通信接口164
8.5　语义服务编排165
8.5.1　服务发现166
8.5.2　语义编排167
8.6　结论168
参考文献169
第9章　基于CPS的机器人知识库与机器视觉的集成172
9.1　概述172
9.2　条款和条件172
9.3　研究工作173
9.4　使用工业机器视觉处理危险品174
9.4.1　工艺流程及边界条件分析174
9.4.2　解决方案175
9.4.3　检查盖方位177
9.4.4　检查盖密封177
9.4.5　系统操作员界面178
9.4.6　控制和通信概念178
9.4.7　结论178
9.5　洗衣房物流与RFID系统179
9.5.1　工业4.0在纺织工业中的应用前景181
9.5.2　工业4.0在工业洗衣店内的实施181
9.5.3　结论182
9.6　生产，特别是借助物理的人机交互（PHRI）进行装配183
9.6.1　挑战183
9.6.2　规划184
9.6.3　应用技术185
9.6.4　制定解决方案的程序189
9.6.5　总结190
9.7　研究挑战和结论190
参考文献191
第10章　信息物理系统智能自动化中的互操作性194
10.1　概述194
10.2　相关工作195
10.2.1　机器-机器交互195
10.2.2　人-机器人交互200
10.3　生产网络的整体互操作性202
10.3.1　使用OPC-UA和语义技术的机器-机器级互操作性202
10.3.2　利用人工智能从数据中学习203
10.4　走向人-机器人交互的互操作性203
10.4.1　系统设计204
10.4.2　收集204
10.4.3　认可与评价204
10.4.4　响应205
10.5　用例205
10.5.1　柔性生产组织的适应性演示205
10.5.2　虚拟生产智能平台208
10.5.3　游船209
10.6　结论210
参考文献211
第11章　通过信息物理系统增强生产设施的弹性214
11.1　概述214
11.2　工业4.0背景下对弹性工厂的需求214
11.2.1　信息物理系统、自我优化和物联网214
11.2.2　弹性生产系统217
11.3　弹性工厂的目标219
11.4　生产中的信息物理系统的两个例子220
11.4.1　面向能源的制造计划与控制系统220
11.4.2　工业装配中的智能眼镜224
11.5　弹性工厂信息物理生产系统的先决条件和要求227
11.5.1　技术要求227
11.5.2　科学要求229
11.6　结论231
参考文献232
第12章　工业互联网的通信与联网234
12.1　概述234
12.2　工业自动化中的通信235
12.2.1　定义235
12.2.2　工业通信的当前趋势236
12.2.3　工业互联网面临的挑战237
12.3　本地自动化单元内的通信237
12.3.1　分集方案238
12.3.2　介质访问控制239
12.4　厂房内外通信241
12.4.1　路由和寻址背景241
12.4.2　IIoT中路由和寻址的挑战243
12.4.3　标准协议栈中的寻址和路由244
12.5　应用层通信248
12.5.1　受限应用协议249
12.5.2　云和分布式处理253
12.6　结论与展望253
参考文献254
第13章　信息物理系统通信258
13.1　概述258
13.2　数据通信网络259
13.3　CPS的通信网络种类261
13.4　通信网络缺陷的影响263
13.5　CPS内的可靠通信265
13.6　提高通信可靠性的方法266
13.6.1　网络提供的QoS服务266
13.6.2　冗余266
13.6.3　新一代网络267
13.7　使用互联网的CPS通信268
13.8　CPS通信标准270
13.9　CPS的通信模式272
13.9.1　请求-响应273
13.9.2　发现273
13.9.3　发布-订阅273
13.10　结论273
参考文献274

内容摘要
本书介绍了开发复杂的工业互联网/制造信息物理系统（IIoT/M-CPS）所需的核心系统知识，汇集了多位该领域具有多年先进制造经验的前沿学者们的贡献，致力于培养一个推进IIoT/M-CPS研究和教育并将适用科学技术转化为工程实践的研究社区。
本书介绍了IIoT的现状和网络制造的概念，它们是工程、计算机和信息科学领域研究进展的结合点。读者将获得从传统制造转型到网络制造所需的核心系统知识，涵盖从构思到物理实现的整个体系。本书适合智能制造领域工程技术人员与相关专业师生阅读使用。

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